Соколов В.И. Основы оптической сигнализации. Рельсовые цепи - файл I-III.doc

Соколов В.И. Основы оптической сигнализации. Рельсовые цепи
скачать (4272.8 kb.)
Доступные файлы (8):
I-III.doc3816kb.17.02.2007 20:38скачать
n2.doc561kb.13.03.2007 18:20скачать
n3.doc1063kb.13.03.2007 18:34скачать
n4.doc2499kb.13.03.2007 18:37скачать
n5.doc2448kb.17.02.2007 22:34скачать
n6.doc1590kb.09.03.2007 19:16скачать
n7.doc26kb.09.03.2007 19:19скачать
n8.doc28kb.09.03.2007 19:06скачать

I-III.doc

Оглавление


Введение
I Основы оптической сигнализации
1.1. Принципы кодирования информации

1.2. Основные понятия о свете и цвете

1.3. Общие понятия о трехцветной теории зрения

1.4. Количественная оценка цвета

1.5. Цвет в световой сигнализации

1.6. Оптические приборы
II Устройство и классификация рельсовых цепей
2.1. Общие понятия о рельсовых цепях

2.2. Классификация рельсовых цепей

2.3. Разветвленные рельсовые цепи

2.4. Рельсовые цепи тональной частоты
III Основы теории работы рельсовых цепей
3.1. Понятие о режимах работы рельсовых цепей

3.2. Основная и общая схемы замещения

3.3. Универсальная расчетная схема
IV Рельсовая линия
4.1. Первичные параметры рельсовых линий

4.2. Вторичные параметры рельсовых линий

4.3. Уравнения двухпроводной рельсовой линии

4.4. Входное сопротивление рельсовой линии

4.5. Фазовая скорость и длина волны

4.6. Измерение параметров рельсовой линии
V Теория и методы расчета основных режимов
5.1. Нормальный режим

5.2. Шунтовой режим

5.3. Режим короткого замыкания

5.4. Режим АЛСН
VI Схемы и работа рельсовых цепей
6.1. Рельсовые цепи постоянного тока

5


6

7

9

9

13

13


15

16

20

22


23

25

27


28

32

32

33

34

34


36

39

43

44


46

6.2. Рельсовые цепи переменного тока при автономной тяге

6.3. Рельсовые цепи при электротяге постоянного тока

6.4. Рельсовые цепи при электротяге переменного тока
VII Рельсовые цепи с фазочувствительным приемником
7.1. Общие понятия

7.2. Методы расчета рельсовых цепей

7.3. Основные виды рельсовых цепей
VIII Теория контрольного режима
8.1. Основные понятия

8.2. Связь между параметрами однопроводной и двухпроводной

линии

8.3. Уравнения токов и напряжений

8.4. Определение постоянных интегрирования

8.5. Коэффициенты рельсового четырехполюсника, замещающего

половину повреждено рельсовой цепи

8.6. Коэффициенты рельсового четырехполюсника при

контрольном режиме

8.7. Расчет контрольного режима


48

50

54


58

60

62


68
69

69

72
73
73

75


Введение
Рельсовый путь появился в конце 18 века. Первоначально движение по рельсовым путям осуществлялось мускульной энергией человека или животных. Первая конная железная дорога открылась в Англии в 1801 году. Применение механического двигателя к пути казалось тогда невозможным: считали, что сила сцепления недостаточна. Необходимы также машины сравнительно малых размеров. В 1808 году Тривайтик построил паровоз, который развивал скорость до 30 км/ч.

В 1814 Стефенсон (1781-1848) построил первый паровоз, в котором применил для усиления тяги мятый пар, т.е. пар, выходящий из цилиндра. Этот паровоз действовал с помощью зубчатки.

В 1825 Стефенсон пустил паровоз “Эксперимент” на конной ж.д. Стоктон-Дарлингтон (21км). Это было 28 сентября 1825, поезд состоял из 38 вагонов. Уже в 1830 была открыта линия Ливерпуль- Манчестер(50км). Дешевизна перевозок предопределила быстрый рост железных дорог. Первые дороги были построены во Франции в 1826, США – 1829, Германии – 1835, России – 1836 (в 1833 - 34 первый паровоз и железную дорогу длинной 3,5км построили отец и сын Черепановы). Вначале паровозы назывались пароходами: попутная песня Глинки на слова Кукольника “… дым столбом, кипит, дымится пароход…” Первая в России железная дорога соединила Петербург с Павловском (26км), где был сооружен возле конечной станции воксал – концертный зал (c 1924 - 44 – Слуцк, в честь Слуцской).

На первых железных дорогах безопасность движения обеспечивалась точным выполнением расписания: разграничением поездов времинем.

Затем началось крупное строительство железных дорог. Перед первой мировой войной ежегодно создавалось 20т. км путей. В США в 1916 сеть достигла 408,8 т. км. Быстрый рост железных дорог объясняется рядом преимуществ, в частности, низкой стоимостью перевозок.

В настоящее время по протяженности на первом месте США, затем РФ; по объему перевозок: КНР, Япония, РФ. Эксплуатационная длина в РФ составляет 86,2 т. км (АБ и ДЦ оборудовано 62,2т.км), из которых электрифицировано 41 т. км.

С ростом скорости и интенсивности движения возникла необходимость в специальных устройствах, обеспечивающих безопасность движения поездов.

В первую очередь потребовались устройства сигнализации для передачи распоряжений локомотивной бригаде. Наиболее распространенным сигнальным прибором, или просто сигналом, явился семафор, изобретенный братьями Шапп и примененный для оптического телеграфа еще в 18 веке (Лиль - Париж, 1794). Он был введен в практику железных дорог в 1840. В настоящее время широкое применение нашли светофоры.

В дальнейшем появились устройства, обеспечивающие безопасность движения поездов в пределах станции. В первую очередь это устройства, контролирующие положения стрелок, в качестве которых получили распространение контрольные замки. Появились устройства, обеспечивающие управление стрелками и сигналами из одного пункта – устройства централизации. Эти устройства помимо управления осуществляют также зависимость между стрелками и сигналами.

Требования обеспечения безопасности движения поездов по перегону привели к появлению устройств блокировки, которые обеспечивали возможность нахождения на определенном участке пути только одного поезда (Англия,1850). Одной из первых систем была электрожезловая. В это же время появились системы, которые в настоящее время называются полуавтоматической блокировкой. Появление рельсовых цепей (1870) дало возможность для создания устройств автоблокировки. В целом весь комплекс носит название СЦБ. Затем появились устройства АЛС, АПС, ДК. В настоящее время применяется термин “Железнодорожная автоматика и телемеханика” (ЖАТ).
I. Основы оптической сигнализации
1.1. Принципы кодирования информации
Передача распоряжения на движущийся объект осуществляется при помощи сигнальных устройств. Показание данных устройств, представляющие собой условный шифр, выражается положением частей устройства (в семафоре днем) или цветом и количеством огней (светофор, семафор ночью). Для краткости как сами сигнальные устройства, так и их показания называются сигналами. В качестве сигналов в устройствах путевой блокировки применяются светофоры и семафоры. По названию сигналы делятся на входные и выходные, маршрутные, проходные и прикрытия. Кроме того, светофоры подразделяют на предупредительные, маневровые, горочные, повторительные, локомотивные.

По конструкции светофоры делятся на линзовые и прожекторные, мачтовые, карликовые и устанавливаемые на консолях, показания светофоров выражаются цветом, числом огней и расположением огней. Кроме того, используются два режима горения: непрерывный (немигающий) и мигающий. Используются также дополнительные указатели в виде зеленых полос, а также и маршрутные (цифровые, буквенные) указатели.

В железнодорожной сигнализации применяются три основных цвета – красный, желтый и зеленый – и два дополнительных – синий и лунно-белый.

Систему сигналов устанавливает Инструкция по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации.

Основные значения сигналов светофора приведены в табл. 1.

При приеме на боковой путь входной светофор сигнализирует двумя огнями, при этом нижний огонь всегда является желтым немигающим.

На затяжных подъемах проходной светофор имеет дополнительный щиток с буквой “ Т ” или сигнальную головку с синим огнем. Этот сигнал разрешает грузовому поезду проследовать светофор с красным огнем со скоростью не свыше 20 км/час.

Таблица 1

Огонь

Усл. обоз.

Приказ

Место применения

Красный



Стой!

Входной, выходной, маршрутный, проходной, прикрытия

Желтый



Разрешается движение, следующий закрыт

Входной, выходной, маршрутный, проходной, предупредительный

Желтый – мигающий



Разрешается движение, следующий требует уменьшение скорости

То же

Зеленый



Разрешается движение, следующий открыт

То же

Зеленый – мигающий



Разрешается движение, следующий требует уменьшение скорости

То же


Показание светофора является приказом и подлежит беспрекословному выполнению.
1.2. Основные понятия о свете и цвете
Показания светофоров выражаются цветом сигнальных огней. Цвет сигнала получают с помощью светофильтров. Светофильтр пропускает лучи определенной части спектра. Выбор характеристики сигнальных цветов основывается на теории цветового зрения.

Излучения, имеющие длину волны от 380 до 770нм, действуют на глаз человека, вызывая у него цветовые ощущения. Свет характеризуется следующими световыми величинами, приведенными в табл.2. В этой таблице ? – телесный угол; ∆S – элемент поверхности, на которую падает свет; ? – поверхность, излучающая или отражающая свет.

Таблица 2

свето-вой поток

?




люмен

лм

Мощность оптического излучения

Лампочка карманного фонарика – 4 лм, лампа 100 Вт – 1000 лм.

cила света

I



кандела (свеча)

кд







освещенность

Е



люкс

лк




Освещенность в полдень - 105 лк

яркость

L



кандела на м2

кд/м2

в системе сгс




Белый свет, проходя через стеклянную призму, разлагается на разноцветные лучи (рис.1). Различают ахроматический цвет и хроматический цвет. Ахроматический цвет – это белый – серый – черный. Глаз человека способен отличить до 300 ахроматических цветов. Белый цвет является сложным. Он состоит из множества цветовых лучей. Спектральный состав белого света представлен в табл. 3

Таблица 3

Границы участков, нм

Цвет

Границы участков, нм

Цвет

770 – 620

620 – 585

585 – 575

575 – 550

Красный

Оранжевый

Желтый

Желто - зеленый

550 – 510

510 – 480

480 – 450

450 – 380

Зеленый

Голубой

Синий

Фиолетовый

Теплые цвета

Холодные цвета


Разложения света исследовал Ньютон (Лекции по оптике). Лучи, проходя через призму, преломляются в разной степени. Наиболее преломляемые – фиолетовые, наименее преломляемые – красные. На рис. 1 показано разложение луча белого цвета при прохождении через стеклянную призму.

Рис. 1 Разложение белого света
Цвет характеризуется:

1) длиной волны спектрального цвета, цветовой тон ?;

2) степенью разбавления спектрального цвета белым, чистота цвета p, при этом p=Ц / (Ц+Б).

Спектральные цвета являются самыми чистыми цветами, однако они не исчерпывают существующего разнообразия. Полный набор цветов может быть получен при смешении спектральных цветов между собой в различной пропорции, а также смешении спектральных цветов с ахроматическими. При этом образуются цвета, не существующие в спектре – пурпурный, малиновый, вишневый и т.д.

Два цвета, образующие ахроматический цвет, называются дополнительными, а именно: красный и голубой, пурпурный и зеленый, желтый и синий.


1.3. Общие понятия о трехцветной теории цветового зрения
В технике необходима количественная оценка цвета, дающая возможность однозначно воспроизводить этот цвет. Эта оценка или цветометрия базируется на теории цветового зрения. Согласно этой теории любой цвет образуется путем смещения основных. В качестве основных цветов Эмпедокл (V в до н.э.) считал красный, желтый, белый и черный.

В настоящее время принята трехцветная (трихроматическая) теория. Впервые идеи этой теории были выдвинуты Ломоносовым (1756). К этой теории пришел и Томас Юнг (1801), который считал, что рецепторы сетчатки реагируют на один из основных цветов.

Дальнейшее развитие трехцветная теория получила в трудах Германа Гельмгольца. Согласно этой теории существуют три типа светочувствительных элементов, реагирующих на R, G и B.

Одна группа нервных окончаний сетчатки реагирует на лучи с длинами 400 - 500 нм и вызывают ощущение синего цвета, вторая группа (500 - 600 нм) – зеленого и третья группа (600 - 700 нм) – красного.

Трихроматическое зрение свойственно многим позвоночным. У сусликов цветовое зрение дихроматическое. У черепах зрение основано на работе четырех типов рецепторов. У некоторых людей наследственно отсутствует один или два светоприемника. Явления расстройство цветового ощущения впервые изучил английский физик Дальтон (1794). Нарушение цветового ощущения может вызвать серьезные последствия. Так например, в Швеции в 1875 году по этой причине произошло крупное крушение. Врожденное расстройство встречается приблизительно у 10% мужчин и у 0,5% женщин.
1.4. Количественная оценка цветов
Раздел измерительной техники, осуществляющий измерение цвета, называется цветометрией. Все существующие цвета могут быть получены путем смещения основных цветов: красного R, зеленого G, и синего В. В определенной пропорции эти цвета образуют белый цвет. Световые потоки в этом случае называются единичными. На рис. 2 показан трехцветный

Рис. 2 Трехцветный визуальный колориметр
простейший колориметр, представляющий собой гипсовую призму, на одну грань которой направлены единичные цветовые потоки R,G и B, на другую – поток белого света. Визуально эти грани сливаются в один прямоугольник.

При измерении цвета будем менять световые потоки так, чтобы поля сравнения (грани призмы) имели бы одинаковый цвет и яркость. Этой идентичности добились при определенных частях единиц основных цветов (рис. 3а). Математически это выражается так:
.
a) б)


Рис. 3 Измерение цвета
Для некоторых цветов равенство может быть получено другим путем (рис. 3б). В этом случае уравнение примет вид:
.
Коэффициенты , и называются коэффициентами цвета. Но более удобно пользоваться относительными коэффициентами, которые называются коэффициентами цветности:

Коэффициенты цветности обладают свойством:
r + g + b = 1.
Это свойство при использовании равностороннего треугольника позволяет изобразить цвет на графике, как известно, в таком треугольнике сумма перпендикуляров, опущенных из любой точки на стороны треугольника или на продолжение сторон, равно высоте треугольника, т.е. в данном случае 1 (рис. 4 a).

Каждая точка внутри треугольника R G B, а также вне его (в ограниченной области) соответствует вполне определенному цвету. При этом в центре треугольника точка Е соответствует белому цвету, так для этой точки справедливо равенство r = g = b.

а) б)


Рис. 4 Цветовой график системы R G B
Таким образом, используя колориметр, определяют координаты r, g и b различных спектральных цветов определенной длинны волны. По полученным данным строится цветовой график, представленный на рис 4. б. Линия, соединяющая вершины B и R соответствует пурпурному цвету, излучение которого в природе не существует.

График R G B имеет ряд недостатков. Поэтому была разработана более удобная система X Y Z. В этой системе каждой точке системы R G B соответствуют координаты Х и Y.

На рис. 5 приведен цветовой график в международной колориметрической системе. В середине графика расположен белый цвет Е.


Рис. 5. Цветовой график системы X Y Z

Вдоль линии спектральных цветов указаны длины волн в нм. На прямой линии, соединяющий белый цвет Е со спектральным цветом, располагаются цвета, полученные смешением спектрального цвета с белым цветом.

На прямой линии, соединяющей точку фиолетового цвета 400 нм с точкой красного цвета 700 нм, располагаются точки пурпурного цвета. На этой линии указаны значения длин волн (со штрихами) цветов, дополнительных соответствующему пурпурному цвету.

На графике отмечены границы областей цветности для цветов, используемых в сигнализации железных дорог РФ. В соответствии с этим графиком изготавливаются источники света и светофильтры. Ниже приводятся технические данные оптических модулей.

Технические характеристики оптического модуля для железнодорожного светофора

1. Осевая сила света

Таблица 4

Цвет сигнала

Минимальная сила света по ГОСТ 11947 – 90, кд

Ожидаемая сила света, кд

мачтовые

карликовые

мачтовые

карликовые

Красный

1500

1000

10000

3500

Желтый

3100

2000

10000

3500

Зеленый

1950

1250

10000

3000

Синий

130

90

3000

2000

Лунно-белый

2500

1800

3500

2000


2. Длина волны излучения сигналов светоизлучающего модуля, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 24179 – 80.

Таблица 5

Цвет сигнала

Длина волны излучения в нм или координаты цветности

Красный

625

Желтый

590

Зеленый

505

Синий

470

Лунно-белый

x = 0,31 y = 0,32


3. Угловая расходимость излучения 3 – 5 °.

4. Дальность видимости сигнала светоизлучающего модуля соответствует п. 6.4. ПТЭ железных дорог РФ и должна составлять более 1500 м на фоне открытого неба в солнечный день.

5. Конструкция светоизлучающих модулей должна обеспечивать установку их корпуса в типовых головок железнодорожных светофоров (мачтовых и карликовых).

6. Степень защиты светоизлучающих модулей от воздействия окружающей среды не менее IP54 по ГОСТ 14254 – 96 (МЭК529 – 89).

7. Срок службы более 50 000 ч.

8. Температурный интервал работы от минус 40°С до плюс 60°С.
1.5. Цвет в световой сигнализации
Сигнализация на железнодорожном транспорте осуществляется при помощи цветных световых сигналов. Наименьшее значение освещенности на зрачке глаза наблюдателя, при которой он видит свет, называется световым порогом. Зависимость светового порога от частоты показывает кривая 1 на рис. 6а. На рис. 6б показана звезда Алькор (наездник по арабски) в созвездии Большой Медведицы, которая создает на зрачке наблюдаетля освещенность светового порога. Наименьшее значение освещенности, при которой наблюдатель видит не только свет, но и цвет, называется цветовым порогом (кривая 2 на рис 6а). В отличии от огней всех спектральных цветов у красного огня световой порог равен цветовому порогу.

а) б)



Рис. 6 Световой и цветовой пороги. Созвездие большой медведицы
Поэтому наблюдатель красный огонь сразу видит красным. Кроме того красные лучи рассеиваются значительно меньше, чем коротковолновые излучения.
1.6. Оптические приборы
Различают два вида светофоров: линзовый и прожекторный. У линзового светофора каждому сигнальному цвету соответствует отдельный оптический прибор – линзовый комплект. У прожекторного светофора имеется один оптический прибор, снабженный подвижной рамкой с тремя свето –

фильтрами. При этом светофор должен излучать узкий пучок света с углом рассеяния 1 – 2°. Для создания такого потока необходимо использовать максимальную часть потока излучателя.

В линзовом светофоре такая конструкция достигается за счет применения короткофокусной вогнутовыпуклой линзы, в фокусе которой располагается источник света, и двояковыпуклой линзы, сжимающая падающий на нее поток в узкий луч.

Однако короткофокусные светофорные линзы имеют большую сферическую аберрацию (лучи не фокусируются в одну точку). Для уменьшения аберрации линза должна иметь форму, близкую к параболоиду (заштрихованная часть рис.7а, показывающего разрез асферической линзы). Однако, такая линза имеет большой вес и создает большое затухание световому потоку. Для уменьшения веса линзы и упрощения ее изготовления французский физик О. Френель (1788 – 1827) ввел в широкое применение светофорную линзу, структура которой показана на рис.7а (не заштрихованная часть).
а) б) в)








Рис.7 Структура линзы Фринеля и устройство линзового комплекта

Линзовый комплект содержит лампадержатель (с горизонтальной установкой двухниточной лампы или с вертикальной установкой однониточной лампы), внешнюю бесцветную линзу (диаметром 219мм у мачтового светофора и 150мм у карликового) и внутреннюю цветную линзу диаметром 139мм (рис.7б), между линзами установлена отклоняющая вставка, представляющая собой ребристый диск из прозрачного стекла, сечение которого показано на рис.7в. Вставка, прижатая к внешней линзе, отклоняет часть светового потока вниз, обеспечивая видимость для машинистов, когда локомотив находится вблизи светофора; в линзовом комплекте карликового светофора вставка повернута на 180°. На кривых участках оптическая система дополняется бесцветным рассеивателем диаметром 228,5мм; при этом угол рассеяния составляет 10°, 20° или 30°. Мощность ламп при напряжении 12 В, составляет 15, 25 и 35 Вт у однонитевой (15+15)Вт и (25+25)Вт у двухнитивой.

В прожектороном светофоре (рис.8) эллиптический рефлектор 2 концентрирует лучи, испускаемые лампой 1 в одну точку, где находится светофильтр 3, окрашенные лучи сжимаются прозрачной линзой 4, а линза 5 сжимается в пучек с углом рассеяния порядка 4°. Светофильтры 3 находятся в подвижной рамке 6.



Рис.8 Структура прожектороного светофора
В последнее время ведутся работы по созданию светофоров со светодиодными светотехническими системами ССС на основе светодиодов повышенной яркости. Срок службы светодиодов в 25 – 50 раз больше по сравнению с лампами накаливания (50 – 100т часов против 2т часов).
II. Устройство и классификация рельсовых цепей
2.1Общие понятия о рельсовых цепях
В 1867 году Вильям Робинзон предложил для контроля участка использовать ходовые рельсы в качестве проводников. Это была нормально- разомкнутая РЦ. В 1872 году он предложил нормально-замкнутую РЦ.

Рельсовая цепь РЦ является датчиком состояния участка пути УП. РЦ состоит из рельсовой линии РЛ, аппаратуры питающего конца АПК, содержащей источник питания ИП, и аппаратуры релейного конца АРК, содержащей путевое реле ПР. На рис.9 показано устройство простейшей РЦ.



Рис.9 Устройство рельсовой цепи

Контролируемый УП отделен от смежных участков с помощью изолирующих стыков ИС, в которых накладки изолируются от рельса с помощью прокладок из изолирующих материалов (фибра, полимеры и т.п.). В пределах УП стыки снабжаются стыковыми соединителями СС, обеспечивающими надежное электрическое соединение между концами рельсов. Аппаратура (на питающем конце источник питания ИП и ограничивающий резистор R0, на релейном – путевое реле ПР) к концам рельсовой линии подключается с помощью перемычек П (гибкий трос диаметром 5,4 мм), кабельных стоек КС и кабеля. Сама аппаратура размещается в релейных и батарейных шкафах, РШ и БШ соответственно.

При свободном УП ток источника Iп частично замыкается через балласт и шпалы (тока утечки iу), частично – через реле (ток реле Iр), причем Iр?Iн.ср, где Iн.ср – ток надежного срабатывания.

При занятом УП ток Iп большей частью замыкается через колесные пары подвижного состава, в виду чего ток в реле Iрш снижается, причем Iрш ?Iн.от, где Iн.от – ток надежного отпускания. Таким образом, фиксируется занятость УП.

Помимо основного назначения – контроля состояния УП – РЦ также используется в качестве канала для передачи информации.
2.2. Классификация рельсовых цепей
В зависимости от области применения и рода тяги РЦ делятся на:

а) РЦ нормально замкнутые и нормально разомкнутые.

а) б)



Рис.10 Схемы рельсовых цепей
В нормально замкнутых РЦ (рис.10а) контролируется исправность всех элементов, и в случае обрыва или короткого замыкания РЦ дает сигнал занятости. В нормально разомкнутых РЦ(рис.10б) элементы не контролируются, в виду чего эти РЦ применяются только на сортировочных горках, поскольку они реагируют на шунтирование быстрее чем нормально замкнутые.

б) РЦ постоянного тока и РЦ переменного тока (рис.11). РЦ постоянного тока обычно питаются от аккумулятора, который заряжается от путевого выпрямителя ПВ (рис.11а). РЦ переменного тока получают питание от путевого трансформатора ПТ, преобразователя или генератора (рис.11б).

а) б)


Рис.11 Схемы питающих концов релейных цепей
в) РЦ с непрерывным питанием и РЦ с импульсным (кодовым) питанием. В РЦ с импульсным питанием источник тока подключается через периодически замыкающийся контакт маятникового трансмиттера (рис.12).

Рис.12 Схема импульсной рельсовой цепи
Для преобразования импульсов, воспринимаемых импульсным путевым реле ИП, в непрерывный сигнал предусмотрен дешифратор, в простейшем случае состоящий из конденсаторов С1, С2 и путевого реле П. Импульсные и кодовые РЦ обладают лучшей помехоустойчивостью и более высокой чувствительностью к шунту, так как при шунтировании ток реле должен снизится до значения тока надежного несрабатывания, Iрш<Iн.нср.

г) РЦ с одноэлементным реле (приемником) и РЦ с двухэлементным реле (фазочувствительным приемником ФЧП). Одноэлементное реле реагирует только на уровень сигнала. Двухэлементное реле реагирует на уровень сигнала и его фазу (рис.13).

Рис.13 Схема рельсовой цепи с фазочувствительным реле
На участках с электротягой обратный тяговый ток возвращается на подстанцию по рельсам и через землю. По способу канализации тягового тока РЦ делятся на следующие:

а) двухниточные РЦ. В двухниточных РЦ тяговый ток Iт, разделяясь на две части Iт1 и Iт2, протекает по обеим рельсовым нитям, а для пропуска тягового тока в обход ИС служат дроссель - трансформаторы ДТ (рис.14).


Рис.14 Схема двухниточной рельсовой цепи

б) однониточные РЦ. В этих РЦ тяговый ток протекает по одной рельсовой нити, а обход ИС осуществляется с помощью тяговых соединителей ТС (косой соединитель), которые изготавливаются из медного голого многожильного провода сечением 70 мм2 (при электротяге постоянного тока) или 50 мм2 (при электротяге переменного тока).

a) б)



Рис.15 Схема однониточной рельсовой цепи

Тяговый ток частично также протекает через обмотки ПТ и РТ, ограничение величины этой части тягового тока осуществляется ограничивающим и защитным резисторами R0 и R3 (рис.15а). Кроме того для этой же цели тяговые нити всех однониточных цепей объединяются (рис.15б), причем на станциях однопутного участка количество объединяемых нитей должно быть не менее трех, на станциях двухпутного участка – не менее шести. Недостаток однониточных РЦ: наличие обходных путей для сигнального тока.

в) однодроссельные РЦ. В этих РЦ тяговый ток имеет выход в одну сторону: либо в соседнюю двухниточную цепь (рис.16а), либо в соседнюю однониточную цепь (рис.16б).

а) б)



Рис. 16 Однодроссельная рельсовая цепь

2.3. Разветвленные рельсовые цепи
На станциях в пределах стрелочных участков устраиваются разветвленные РЦ:

а) разветвленная РЦ с параллельным включением ответвлений показана на рис.17. Изолирующие стыки 3 и 4 исключают замыкание тока через крестовину, они могут устанавливаться как в прямом пути, так и в боковом.



Рис.17 Устройство разветвленной рельсовой цепи
Надежное электрическое соединение между отдельными частями стрелочного перевода осуществляется с помощью стрелочных (из стального каната диаметром 6,5 мм) и электротяговых соединителей (при электротяге). Перья с рамными и смежными рельсами соединяются стрелочными соединителями А, Б, В и Г, электротяговые соединители Д и Е устанавливаются только при электротяге и при этом дублируются.

При автономной тяге стрелочный соединитель Ж дублируется в том случае, если он не обтекается током, при электротяге электротяговый соединитель Ж дублируется во всех случаях. Стрелочные (или электротяговые) соединители З и И соединяют усовики с сердечником крестовины, стрелочный или электротяговый соединитель К соединяет две части сборного сердечника крестовины, при литом сердечнике этот соединитель отсутствует. В разветвленных РЦ с параллельным соединением ответвлений возможна потеря шунтовой чувствительности в случае неисправности СС или стрелочных (электротяговых) соединителей в ответвлениях. Так при неисправности стыкового соединителя Л колесная пара КП из-за возросшего сопротивления стыка не зашунтирует реле II. Для исключения потери шунта путевые реле включаются во все ответвления (рис.18), имеющие длину более 60 м.

Рис. 18. Схема разветвлений рельсовой цепи с контролем всех ответвлений
б) разветвленные РЦ с последовательным включением ответвлений, показано на рис.19. В такой цепи одно реле контролирует все соединители и рельсы.



Рис. 19. Разветвленная рельсовая цепь с последовательным включением ответвлений
2.4. Рельсовые цепи тональной частоты
В рельсовых цепях ТРЦ 3 применяются частоты 420(8), 480(9) и 580(11), а также 720(14) и 780(15). Значения частот указаны в герцах, а числа в скобках обозначают номера частот. Для повышения надежности сигнальная частота модулируется частотой 8 Гц или 12 Гц. Таким образом, в обозначении тонального сигнала указываются несущая и модулирующая частоты, например, 9/8 или 420/12.

Схема рельсовой цепи ТРЦ 3 приведена на рис.20. В схеме в виду отсутствия дроссель - трансформаторов в точке подключения путевого трансформатора через его обмотку протекает уравнивающий тяговый ток, для ограничения этого тока предусмотрены резисторы Rз; в случае большой асимметрии тягового тока защиту трансформатора осуществляет выключатель АВМ.


Рис.20 Схема рельсовой цепи ТРЦ 3
Путевой генератор ГП вырабатывает ток прямоугольной формы, содержащий много гармоник, для исключения поступления их в рельсовую линию предусмотрен фильтр ФПМ.

Увеличение длинны рельсовой цепи можно достигнуть за счет включения второго путевого приемника по другую сторону от генератора; длина рельсовой цепи при этом увеличивается вдвое.

Для исключения необходимости применения изолирующих стыков (это связано с распространением бесстыкового пути) были разработаны тональные рельсовые цепи четвертого поколения ТРЦ 4. Схема такой РЦ приведена на рис.21.



Рис.21 Рельсовая цепь четвертого поколения ТРЦ 4

При отсутствии изолирующих стыков шунтирование РЦ (снижение напряжения на входе приемника до напряжения, при котором отпускает путевое реле) происходит при нахождении передней колесной пары от точки подключения приемника (или генератора) на расстоянии lпш, которое называется зоной предварительного шунтирования.
III. Основы теории работы рельсовых цепей
3.1. Понятие о режимах работы рельсовых цепей
РЦ работает в 5 режимах. Требования, предъявляемые к каждому из этих режимов, должны выполнятся при самых неблагоприятных для этого режима условиях. Эти требования и условия приведены в табл. 6.

Граничные характеристики релейного приемника определяются формулами Iн.ср=кз.ср Iср, Iн.от=кз.от Iот, Iн.нср=кз.нср Iпп, где кз.ср, кз.от и кз.нср коэффициенты запаса по срабатыванию, отпусканию и несрабатыванию соответственно; Iпп – ток прямого подъема. Обычно кз.ср=1,1, кз.нср=0,9 и кз.от. Способность приемника реагировать на шунт характеризуется коэффициентом возврата. При этом различают следующие виды коэффициента: паспортный кв, надежный квн и приведенный вн=кнквн, значение которых даны в таблице 7; в этой таблице кн – коэффициент, характеризующий колебания напряжения источника кн=Uмакс/Uмин.

Таблица 7

Коэффициент возврата

Рельсовая цепь с непрерывным питанием

Рельсовая цепь с импульсным питанием

Паспортный

kв=Iот/Iср

kв=Iпп/I

Надежный

kвн=Iн.от/Iн.ср

kвн=Iн.нср/Iн.ср

Приведенный

вн=kвн/kн

kвн=kвн/kн


Наилучшая шунтовая чувствительность достигается при = 1, наихудшая = 0 (теоретически приемник не реагирует на шунт). Если для реле Iот/Iср = 0,5 и Iпп/Iср = 0,9 то

= 0,9 0,5/1,1 1,2 = 0,34 (непрерывное питание) или;

= 0,9 0,9/1,1 1,2 = 0,62 (импульсное питание).

Таблица 6


Режим

Состояние рельсовой цепи

Сопротивление изоляции

Сопротивле-

ние рельсов

Напряжение источника

Ток путевого реле

Ток релейного конца

Мощность источника

Непрерывное питание

Импульсное питание

Нормальный

Свободна

Минимальное

Максималь-

ное

Минимальное

Uмин

Iрн?Iн.ср

Iрн?Iн.ср




Sн?Sном

Шунтовой

Занята

Rш?0,06Ом

Максимальное

Минималь-

ное

Максимальное Uмакс

Iрш?Iн.от

Iрш?Iн.нср







Контрольный

Обрыв рельсовой нити

Критическое

Минималь-

ное

Максимальное Uмакс

Iрк?Iн.ст

Iрк?Iн.нср







АЛС

Занята на релейном конце

Минимальное

Максималь-

ное

Минимальное

Uмин







Iк?Iлн




Короткого замыкания

Зашунтирована на питающем конце







Максимальное Uмакс










Sкз?Sном

3.2 Основная и общая схемы замещения
При анализе и расчете рельсовых цепей их принципиальные схемы (рис.22) заменяются схемами замещения. Применяются два вида схем замещения: общая и основная.


Рис. 22. Принципиальная схема кодовой рельсовой цепи
В общей схеме замещения аппаратура питающего и релейного концов АПК и АРК вместе с дроссель – трансформаторами заменяются четырехполюсниками Н и К, коэффициенты которых рассчитываются или определяются экспериментально, РЛ также заменяется четырехполюсником (рис. 23).

Рис. 23. Общая схема замещения
Сопротивление передачи общей схемы замещения Zп определяется выражением

Zп = U / Ip
Коэффициенты четырехполюсника РЛ меняются в зависимости от режима работы РЦ и состояния балласта. При наличии в четырехполюсниках Н и К элементов с явно выраженной нелинейностью значения коэффициентов этих четырехполюсников зависит от режима работы РЦ.

В основной схеме замещения четырехполюсники Н и К заменяются двухполюсниками. Для этого используя теорему об эквивалентном генераторе, реальный генератор и четырехполюсник Н (рис. 24а) заменяют эквивалентным генератором ЭГ(рис. 24б).


а) б)


Рси. 24. Схема питающего конца
Согласно теореме об эквивалентном генераторе напряжениеявляется напряжение на выходе четырехполюсника Н в режиме холостого хода, его можно определить из соотношения и



Внутренним сопротивлением эквивалентного генератора является входное сопротивление четырехполюсника Н со стороны выходных зажимов при закорачивании генератора.

В табл. 8 приведены основные соотношения для прямого и обратного направлений передачи энергии.
Таблица 8.

Прямое напряжение

Обратное напряжение









Zвх=(AZ2+B)/(CZ2+D)

=(DZ2+B)/(CZ2+A)

kт=CZ2+D

=CZ2+A


Согласно приведенной таблице
=(DнZoн)/(СнZo+Aн) и
Четырехполюсник К (рис.25а) заменяется двухполюсником (рис. 25б), сопротивление которого Zвх.к равно входному сопротивлению четырехполюсника К, при этом

Zвх.к=(АкZp+Bк)/(CкZp+Dк) и

а) б)



Рис. 25 Схема релейного конца
В результате проведенных преобразований общая схема замещения преобразуется в основную схему замещения, которая имеет вид, приведенный на рис. 26.



Рис. 26. Основная схема замещения
Сопротивление передачи основной схемы , подставив значение получим



В случае, когда rн=?, основная схема замещения принимает вид, показанный на рис. 27.


Рис. 27. Основная схема замещения при rи=?
3.3. Универсальная расчетная схема
Для упрощения программы полного расчета РЦ применяется универсальная расчетная схема УРС, представленная на рис. 28.

Рис. 28. Универсальная расчетная схема
В схеме четырехполюсник П отображает аппаратуру, включенную между источником питания и дроссель - трансформатором питающего конца; четырехполюсник Р отображает аппаратуру, включенную между дроссель - трансформатором релейного конца ДР и реле Zp. Рельсовая линия




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации